韩国电力自动化控制系统的发展

韩国电力自动化控制系统的发展韩国电力公司（KEPCO）电力研究院Bok-NamHa（河福男）韩国电力公司正在对这套系统进行更深入地开发工作，改进后的新系统使电力公司在多故障处理和在一个变电站或主变压器发生故障时系统重新恢复方面功能更强。韩国电力公司自1984年以来就一直从事于22.9kV配电网的系统自动化的研究。并一直对采用引进技术的小规模试验进行现场试验。这种引进技术采用的是配电线载波（DLC），包含了多于42个开关。这种DLC由于其通讯传输速率低，性能业绩并不好，但其性能足以证实自动化系统的好处。电力公司在1990年开发了韩国配电自动化系统，并安装了专用通讯电缆。1994年以来，这个项目已投入运行。韩国配电自动化系统是完全依靠韩国技术和制造能力的第一套配电自动化系统。它是一个由韩国电力公司,韩国电子技术研究院(KERI)和六家制造商联合开发的项目。韩国配电自动化系统韩国配电自动化系统安装在网络上并由Gang-Dong分公司进行控制。它由3个154/22.9kV的变电站，25条22.9kV的馈电线和125个自动开关组成。这套系统为75,000个家庭的约40万人口提供电力。自动化系统设备包括一个中央控制系统（CCS），6个变电站通讯控制单元（SCCU）和150个馈电远动单元（FRU）及其通讯介质—双扭线通讯电缆。韩国配电自动化系统包括以下系统部件：·中央控制系统（CCS）中央控制系统由4个工作站和一台个人计算机组成。其中2个工作站是用于满足数据库和馈电自动化的功能要求，以及人机接口的要求，包括处理配电线路图。另外2个工作站用于通讯。个人计算机则主要用于事件的记录和打印。·变电站通讯控制单元（SCCU）变电站通讯控制单元安装在中央控制系统和馈线远动单元之间，在两个分单元之间提供通讯连接。变电站通讯控制单元安装在变电站内。每个变电站通讯控制单元负责6条配电馈电线。·馈线远动单元（FRU）馈线远动单元与变电站内的断路器、自动柱上开关、箱式多路开关和重合器相邻安装。这些单元通过控制电缆与开关相联接并将中央控制系统发出的指令传送到开关。馈线远动单元连续监视开关对中央控制系统发出的指令和来自中央控制系统信息需求的响应。自动开关这套系统包括有89个SF6气体绝缘开关（GIS），12个箱式多路开关板和24个重合器。其一般特点如下：遥控闭/合；提供开/关状态和故障显示信息的设施；内置式三相电压传感器（在气室内）；内置式三相电流互感器（在套管内）；采用备用电池的内部供电装置。通讯介质韩国配电自动化系统中从中央控制系统到变电站通讯控制单元之间的通讯介质采用的是光缆；从变电站通讯控制单元到馈电远动单元之间的连接采用的是双扭线电缆。通讯电缆是由几对电缆组成的。并沿着与地下和架空配电线路相同的路径安装。一对电缆用于馈电自动化，另一对电缆用于自动抄表系统（AMR），其余的几对电缆作为备用。采用有线电视（CATV）电缆作为通讯介质用于配电自动化已测试成功，AMR可以连接二种通讯介质。双扭线电缆连接变电站通讯控制单元和柱上变压器，而从变压器二次侧端子到用户的通讯介质则应用了220V低压线路的电力线载。光缆的通讯传输速率是9,600bps,双扭线电缆和220V线路的通讯传输速率则为1200bps。馈线自动化韩国配电自动化系统的故障管理步骤是根据“是—否”逻辑原理而实施的。故障后的事件顺序（SOE）如下：1.如果在故障点发生一个永久性故障，断路器自动跳闸，在0.5秒种之后，第一个重合器跟着跳闸，第二次跳闸，在15秒钟后第二次重合，断路器跳闸到闭锁。2.中央控制系统周期性扫描变电站内的断路器的状态。3.在扫描过程中，中央控制系统识别控制故障馈线的断路器的故障指示器（FI）信息。4.中央控制系统登记故障馈线中每一个开关的FI信息，以决定故障电流通路并识别位于是—FI和否—FI之间的故障区段。5.中央控制系统对馈线恢复的开关顺序进行报告。这一过程是由馈线配置程序决定的，在程序中考虑到了负荷平衡，线路热容量，电压降，减少损失和对所需的开关操作进行优化等等。6.操作人员根据馈线配置程序的输出发出远动闭/开操作的指令。系统功能韩国配电自动化系统具有许多功能，如：显示、监控、测量、数据管理、远方控制、馈线自动化、自动抄表系统（AMR）等等。显示功能可显示出导航员窗口，高压配电系统电路图和变电站线路图。监视功能可处理10种情况：闭/开、相位丢失、相位平衡、闭锁/释放、本地/远方、气压、开关与FRU上的电池状况、故障指示器（FI）信息（自动模式，手动模式）。测量功能可读出每一个开关点的三相电压和电流值。远动控制功能可控制6种动作：闭合、打开、锁定、解锁、FI再设置以及电池测试。馈线自动化功能包括：故障区段识别，馈线配置计算以及报表处理过程。韩国配电自动化系统的现场测试将故障处理时间从40－50分钟减少到2－3分钟，并使每次事故停机对消费者造成的损失的全部小时数减少了80%。配电自动化系统正在开发的新的配电自动化系统将扩展系统的功能并建筑在从韩国配电自动化系统获得的经验基础之上。这套系统考虑到了用户的需求，提高了功能并应用了计算机与通讯领域的最新技术。韩国配电自动化系统将是紧凑的而且是经济效益好的系统。对于传输介质而言，计划采用无线通讯传输与光纤电缆相结合的方式。未来增加的功能包括如下各点：·用于主变压器或变电站故障后负荷恢复的计算机程序。·用于培训的模拟设施·向韩国电力公司业务部门和工程部门通报故障·开发适用于GIS内部安装的精细的电压变送器和电源。自动系统结构中央控制系统由几个工作站和一台个人计算机组成。中央控制系统与前置处理机（FEP）在负荷调度中心内由局域网（LAN）联接起来。中央控制系统和前置处理机又通过其它系统，如地理信息系统（GIS），监控与数据采集系统（SCADA）等联接以获得需要的数据；他们还通过光纤电缆与个人通讯服务（PCS）中的短信息服务中心（SMSC）相联接。无线通讯用于SMSC与开关之间的联接。由于这套新的系统将共享SCADA系统和GIS系统所需的数据，已经安装在变电站用于韩国配电自动化系统的设备对新系统来说是足够用的，而且是与高级的新系统兼容的。SCADA系统接收的信息如下：·22.9kV馈线断路器开/关状态和单相电流·22.9kV主断路器开/关状态和单相电压·馈线断路器重合选择开关状态·继电器操作信息通讯介质在采用无线电通讯和光纤电缆网络作为通讯介质的韩国,个人通讯服务(PCS)的快速发展和广泛使用是选用无线电作为高级系统的通讯介质的主要原因。而且先进的远程通讯技术也将加强现有通讯网络的能力。韩国电力公司已选择了PCS的SMS（短信息服务）是由于它采用了1.7到1.8MHz频率的分码多路存取(CDMA)方式,而且数据传输能力达到了14.4kbps。先进的馈线自动化有两种方式将用于馈线自动化。对于向50万人以上的大城市供电的网络来说，可采用与韩国配电自动化系统相同的新的配电自动化系统，并采用是/否逻辑原理。而对于向人口少于50万的农村地区供电来说，自动化过程则是以自动重合开关的顺序开关为基础。两种方式的差异如下:·城市电网变电站断路器的状态信息来源于SCADA系统，而配电线上的重合器的事件信息则来源于另外的报告，因为PCS查询方式太贵了。中央控制系统对来自SCADA系统和开关的数据进行比较以决定故障区段。按图5所描述的发生在REC和SW2之间的故障情况，故障处理过程如下:1.由于故障发生在重合器(REC)的负载侧，变电站的断路器保持闭合状态。REC打开将故障区段隔离开。因为断路器状态未改变，从SCADA到中央控制系统没有信息送出。2.REC向中央控制系统送出状态改变的事件信息和故障电流。3.中央控制系统从故障馈线的每一个开关接受无电压信息和故障指示器(FI)信息，并通过比较所有接受的数据识别故障区段。4.中央控制系统运行馈线配置程序以恢复向REC负荷侧无故障区段供电，并显示开关过程以优化线路恢复顺序。5.负荷调度人员对计算机显示的集成化的开关操作下达指令，将无故障区段转送其它馈线上，从而重新配置配电系统。·农村电网为小城市和农村地区供电的配电系统线路很长。这就必需对串形连接的自动断路器的保护进行协调。这些较长的馈线常常可通过安装额外的开关切分为小段。一个典型的馈电线路其故障处理过程如下:1.在自动开关SW3和SW4之间发生故障的情况下，自动断路器CB1跳闸。2.2秒钟后，CB1自动重合闸。但是，由于故障是永久的，CB1再次跳闸。3.自动开关SW3通过SW6和自动断路器CB2在0.25秒种后自动打开。4.CB1在2秒钟后重合闸5.SW3在8秒种(预置时间)后闭合，但由于故障是永久性的。CB1打开。由于无电压SW3打开并闭锁。6.SW3的闭合使SW4和SW9的电压恢复，由于这种电压不能持续5秒钟，于是他们也闭锁了。7.15秒钟后，CB1重合闸恢复SW3电源侧的供电电压。8.然后CCS通过与现场开关和开/关及闭锁状态报告保持通讯辨别故障区段。CCS对位于故障区段负荷侧的正常区段执行馈线配置程序，并推论出开关恢复进程表。9.在SW6，SW5和CB2以8秒间隔自动重合后，负荷调度人员下达远动闭合SW7的指令。实际上，当自动配电线路上发生故障时，故障清除处理约需2－3分钟。系统功能新式配电自动化系统(NDAS)的设计特点包括具有比原韩国配电自动化系统更灵活的功能。例如：馈线自动化包括了多点故障，主变压器或母线故障的处理，以及变电站故障的处理。新式配电自动化系统将提供标准更高的配电自动化系统的性能。韩国电力公司为配电自动化系统（DAS）研究项目设定了一个时间表。第一个重要的目标已于1998年中以设计阶段的完成而告捷。制造阶段的计划是在1999年7月以前为在配电试验中心安装这套系统交付设备。接下来的现场试验将在第一套新式配电自动化系统调试之前，另外再进行12个月的试验。预计设在韩国电力公司分公司的第一套新式配电自动化系统将于2000年下半年进行调试。在新式配电自动化系统的设计中结合了很多为韩国配电自动化系统而开发的技术，因而新式配电自动化系统满足了紧凑性和经济效益好的目标要求。例如：变电站中现在的变电站通讯控制单元和馈线远动单元不必进行更换，而且通过对控制箱和馈电远动单元采用统一设计，可降低柱上开关的设备和安装费用。。在配电自动化系统的各个发展阶段都由Gang-Dong公司采用。韩国电力公司通过对韩国配电自动化系统三年的现场试验已获得了很有益的运行经验。新的自动化系统将提供升级的功能并改善了可靠性。开发与制造面向用户的配电自动化系统，其经济效益好的优点将为广大韩国电力公司的用电消费者带来纯收益。而且，由本国的制造厂家推广应用这种先进技术也是使韩国经济获益的一个机会。(作者简介：Bok-NamHa（河福男）是韩国电力公司（KEPCO）韩国电力研究院的主要成员。他于1978年加入该研究院。他于1977年毕业于Taejon国家技术大学获电力工程学士学位，于1994年获Chungnam国家大学电力工程硕士学位。从1990年以来，他就是配电系统自动化开发的项目负责人。他的工作内容主要是馈电线配置算法，采用无线通讯方式的配电自动化系统的开发及其现场应用。)